低温表面構造揺らぎの時間分解モンテカルロシミュレーション

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540307
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 河合 伸 九州大学, 大学院・理学研究院, 助教授 (60204674)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 成清 修 九州大学, 大学院・理学研究院, 助教授 (60252631)
• Keywords: シリコン(001)表面 / ゲルマニウム(001)表面 / モンテカルロシミュレーション / 走査トンネル顕微鏡 / 固体表面 / 振動 / 揺らぎ / 遅い緩和

Research Abstract

N型Si(001)表面でSTMによるc(4×2)-p(2×2)間の構造操作が報告されている。我々は、表面電場によるダイマーへのトルクが重要であると考え、構造操作の臨界電場を求めた。結果は、実験と良い対応を示した。表面誘電率の温度依存性が構造操作温度依存性に重要であると明らかにした。
Ge(001)表面の転移温度の近傍で時間分解モンテカルロシミュレーションを行い、観測されるSTM像ストライプが転移温度の近傍での自己相似的空間揺らぎを反映した遅い緩和によることを明らかにした。ストライプの幅分布に新たなスケーリング規則があることを明らかにした。
既に、本研究で低温P型Si(001)表面では、Tipバイアスが正のときに、Incoherentフォノン励起がダイマーレフリップフロップに重要であると示している。これは、フリップフロップ速度が電流に対して非線形に依存することを意味する。最近の低温N型Ge(001)表面の構造変換速度の測定結果は、Tipバイアスが負のとき、速度が電流の一次に比例することを示している。Ge(001)表面では、フリップフロップのエネルギー障壁がSi(001)表面よりも高く、フォノンエネルギーがSi(001)表面よりも低い。その値からGe(001)表面では、Incoherentフォノン励起によるフリップフロップは、大幅に抑制されることを示した。Ge(001)表面で、Coherentフォノン励起の励起速度を求めた。その結果は、励起速度は、電流の一次に比例するが急激に励起速度が大きくなるSTM電圧が存在することを示している。求められた電圧は、実験結果と極めてよい一致を示す。
SiないしGe表面に至る前段階として、2次元イジングモデルの相点移転における動的挙動に続き、2次元の動く粒子系のガラス転移点近傍の動的挙動もマルチフラクタル的であることを見出した。

Research Products

• [Publications] Hiroshi Kawai他: "Model Potential for the Dimer System on the Si(001) Surface Improved by a First-Principles Calculation and Structural Fluctuation Studied by a Monte Carlo Simulation"Journal of Physical Society of Japan. 72・12. 3158-3163 (2003)
• [Publications] Hiroshi Kawai, Osamu Narikiyo: "Vibration of the Dimer on Si(001) Surface Excited by STM Current"Journal of Physical Society of Japan. 73・2. 417-422 (2004)